論文 - 日本標準時

論
ユビキタス時代の情報基盤技術論文特集
文
ネットワーク時空情報サーバと動的ユーザランド時刻クライアント
の開発
町澤朗彦† a)
岩間
司†
鳥山裕史†
Development of a Network Space-Time Server and a Dynamic Userland
Time Client
Akihiko MACHIZAWA†a) , Tsukasa IWAMA† , and Hiroshi TORIYAMA†
あらましユビキタス社会では，時空（時刻と位置などの空間座標）情報を利用することにより，分散して
いる多数の端末を有機的に結び付けた効果的な利用が容易となる．本論文では，GPS 電波の届きにくい屋内と
GPS 機能を有しない端末を対象に，ネットワークを介して時空情報を提供するサーバ/クライアントシステムを
開発したので報告する．サーバには，GPS 信号を利用して，毎正秒に高精度な時刻情報と位置・速度情報をネッ
トワーク上にブロードキャストする構造の単純な専用ハードウェアを開発した．一方，PC 用クライアントソフ
トウェアには，処理コストが小さく精度の高い動的ユーザランド時刻取得関数を実装した．時刻同期方式には，
毎正秒パケット到着間隔方式 (PAI) を用いている．従来方式と比べた結果，精度も処理コストも 1 けた以上の改
善が確認された．しかも，提案方式は，時空情報パケットが毎秒ネットワークに供給され，同期所要時間も数秒
以内であるため，省電力のために必要なときだけ稼動するユビキタスノードには最適と考えられる．また，位置
情報は GPS アンテナ位置となるため，精度は建物位置程度の粗粒度精度を与える．
キーワード
ティング
ユビキタスコンピューティング，時空情報，高精度時刻同期，ロケーションアウェアコンピュー
1. まえがき
進めてきたが [4], [5]，実用化するには，GPS 受信機の
ユビキタス社会では，時刻と空間座標（位置及び速
給方法などの検討が不足していた．一方，ネットワー
ジッタの影響やアプリケーションプロセスへの時刻供
度）などの時空情報を利用することにより，分散してい
クを介した位置情報の提供方法として，DHCP の位
る多数の端末を有機的に結び付けた効果的な利用が可
置情報オプションが提案されているが [6]，送受信を必
能となる [1], [2]．必要とされる時空情報の精度は用途
要とし，省電力機器に適したブロードキャストを用い
に依存するが，近年，時刻情報では計測・制御分野 [3]
た時刻供給方式は，まだ提案されてはいない．
で高精度（マイクロ秒）な要求が高まっている一方で，
そこで，本論文では，ネットワークに時空情報を提
空間情報については，緊急通話での位置情報通知をは
供するネットワーク時空情報 (Network Space-Time:
じめとする位置情報サービスなどで，粗粒度（数十か
ら数百メートル）精度の利用が活発化してきている．
NST) サーバを試作し，高精度時刻同期のために GPS
を時刻源とする PAI 方式の同期特性を検証するとと
筆者らは，これまで，ソフトウェア処理のみでサブ
もに，アプリケーションプロセスへの高精度な時刻提
マイクロ秒精度を可能とする毎正秒パケット到着間隔
供手法を提案する．更に，粗粒度空間情報を提供する
時刻同期方式（PAI 方式）に関して，原理的な研究を
ために，時刻同期パケットの未利用フィールドに空間
情報を載せることにより，新たなネットワーク負荷を
†
与えずに，空間情報を供給するシステムを提案する．
情報通信研究機構，小金井市
National Institute of Information and Communications
空間情報と時刻情報を統合することにより，広域ネッ
Technology, 4–2–1 Nukui-Kitamachi, Koganei-shi, 184–8795
トワークでの複数地域情報選択問題を解決することが
Japan
a) E-mail: [email protected]
1394
電子情報通信学会論文誌 D Vol. J90–D
できる．
c （社）電子情報通信学会 2007
No. 6 pp. 1394–1402 論文／ネットワーク時空情報サーバと動的ユーザランド時刻クライアントの開発
今回，試作したサーバは小型・低コストでありなが
ない PCC を計測する手法 [4] や毎正秒パケット到着
ら，サブマイクロ秒の精度を有し，クライアントでは，
間隔時刻同期方式 (PAI) [5] などの研究を進めてきて
時刻同期デーモンで更新される時刻変換パラメータ
おり，時刻同期プロセスでの高精度な内部時計を構成
を，共有メモリを用いてアプリケーションプロセスか
することに成功しているが，他のアプリケーションプ
ら動的に利用することにより，高精度な時刻をシステ
ロセスへの時刻供給手法については，まだ示されては
ムコールより 1 けた以上高速に取得することが可能と
いない．
なり，精度 76 ns（標準偏差）を実現した．更に，広域
一方，空間情報では，社会の安全・安心に対する要
に広がるネットワーク上にサーバが複数存在する場合
請の高まりから，米国の緊急電話に関する Extended
でも，時空情報パケットが同時に送出される特徴を利
911 指令で，発信者の位置情報を 50 m から 300 m の
用し，最寄りの位置を特定することができる．
精度で特定できることが求められており，我が国でも
本論文では，まず，2. で高精度時刻同期と粗粒度精
同様の指針 [7] が出されている．また，子供たちの安
度の空間情報に関する研究をまとめ，3. で今回試作し
全を確保するための「位置確認」機能が携帯電話各社
た NST サーバの動作原理と時空情報パケットフォー
から提供されてきている．更に，コンテクスト依存情
マットについて述べ，4. でクライアントの実装方法と
報提供などの位置情報サービスでも，粗粒度精度の位
性能について述べる．
置情報の利用が活発になってきている．さて，屋外で
は GPS を用いることにより時空情報が得られるが，
2. 関連研究
屋内には GPS の電波は届きにくい．屋内でも GPS
IEEE 1588 では，高い時刻精度を得るために，ク
機器が利用できるように，GPS リピータなどが開発
ライアントのネットワークインタフェースでのタイム
されているが，元来屋内の利用を想定している機器は
スタンプなど，ハードウェアの支援を必要としている
GPS 機能を有してはいない．最近，インターネットを
が [3]，筆者らはソフトウェア処理のみで，サブマイク
利用した音声通話 (VoIP) の利用が急速に拡大してお
ロ秒精度を得ることのできる毎正秒パケット到着間隔
り，近い将来，携帯電話と同様に用いられる可能性が
(PAI: Packet Arrival Interval) 時刻同期方式を開発
してきた [5]．しかし，文献 [5] では原理的な動作確認
困難であることが指摘されている（注 2）．しかし，これ
のために，時刻源には，要求精度と比べて無視し得る
らのネットワーク機能を有している機器では，ネット
ピコ秒精度の原子時計が用いられているが，協定世界
ワークを介して時空情報が提供されれば，新たなハー
時との同期やコストを考慮すると，実用的には GPS
ドウェアを追加することなく，容易に時空情報を利用
の利用が望ましい．しかし，一般の民生品として用い
することが可能である．
高くなってきているが，VoIP では位置情報の特定が
られている GPS 受信機の時刻精度仕様はマイクロ秒
ネットワーク上で位置情報を得る手段として，DHCP
であり，クライアントの要求精度と同程度の精度しか
の位置情報オプション [6] が提案されている．しかし，
有しておらず，無視することができないため，GPS を
DHCP を用いた場合，送受信が必要であるが，送信
用いた場合の同期過程を含むシステム全体での同期精
は受信よりも多くの消費電力を必要とする．センサ
度と挙動を実証する必要がある．
ノードなど消費電力に厳しいシステムでは，送信を避
また，アプリケーションプロセスが時刻を取得する
ける必要がある．一方，位置情報をブロードキャスト
関数（例えば gettimeofday()/clock gettime()）は一
すれば，クライアントは受信のみで済むが，近年，広
般にはシステムコールとして与えられるが，システム
域イーサネットや VPN の利用が増加し，本社と支社
コールはオーバヘッドが大きいため，Obata はユー
が同一ネットワークセグメント（サブネット）で結ば
（注 1）
ザランドで実行するユーザランド gettimeofday()
れるなど，ネットワークが地域的に広がってきている．
を開発した．しかし，プロセッササイクルカウンタ
このような広域にわたるネットワークで，各地域の位
(Processor Cycle Counter: PCC) から時刻への変換
置情報がブロードキャストされた場合，最寄りの位置
パラメータに，コンピュータの起動時に取得された静
情報を特定することは困難である．
的な値を使っているが，PC を駆動している水晶の動
作周波数は温度変化が激しいため，精度が低い欠点を
有していた．筆者らは，これまで，PC でジッタの少
（注 1）：http://www.cs.rpi.edu/˜obatan/ugettime/ugettime-0.1.1.
tar.gz
（注 2）：http://www.voip911.gov/
1395
電子情報通信学会論文誌 2007/6 Vol. J90–D No. 6
3. ネットワーク時空情報サーバ
るだけなので，IP スタック等は不要である．
3. 1 動作原理及び仕様
サーバは，GPS 信号を利用して，毎正秒に時空情報パ
の UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) 端子を介して得られる時空情報を用いて，次
の正秒における時空情報パケットを作成し，1 pls/s
ケットをネットワークにブロードキャストする．図 1 に
(Pulse per Second) 信号を待つ．1 pls/s 信号が入力
(a) システム構成，(b) サーバのブロック図及び (c) 概
観を示す．NST サーバは，LAN 上で，最も GPS ア
されたら，用意しておいた時空情報パケットをネット
ネットワーク時空情報 (NST: Network Space-Time)
さて，NST サーバの動作は，GPS 受信モジュール
ワークにブロードキャストする．なお，これらの機能
ンテナからアクセスの良い場所（例えば建物の最上階
は FPGA によるハードウェアによって実装している
など）に設置する．これは，一般的に，GPS に用いら
ため，処理ジッタは生じない．ただし，正秒のタイミ
れる同軸ケーブルよりも LAN ケーブルの方が，敷設
ングは，GPS 受信機の精度に依存し，民生品の仕様
コストや距離の制約が小さいからである．また，NST
精度はマイクロ秒程度である（注 3）．
サーバの構造は単純であり，主要な回路は，1 チップ
ここで，今回試作した NST サーバの仕様を表 1 に
化された GPS 受信モジュール，FPGA とネットワー
示す．また，図 2 に，本サーバで用いている GPS 受
クの PHY だけで構成可能である．ネットワーク機能
信モジュールの発生する 1 pls/s 信号のタイミング精
も，イーサネットブロードキャストフレームを送出す
度を示す．(a) はオフセットの時間変動を示し，(b) は
オフセットの大きさをヒストグラムで表している．な
お，ヒストグラムのビン幅は 5 ns である．また，オフ
セットは日本標準時に同期させた Cs 原子時計との差
を示している．
さて，オフセットの変動は ±50 ns ほどに収まって
いるが（標準偏差 17 ns），数十秒間にわたるドリフト
が観測された．これは，GPS 衛星の移動に起因してい
(a) Space-time information broadcasting network
ると思われるが，GPS 受信モジュール GXB5005 の
時刻取得アルゴリズムは公開されていないため，詳細
は不明である．
3. 2 時空情報パケットフォーマット
本サーバは，図 3 で示すフォーマットのペイロー
(b) Block diagram of network space-time server
ドを有する IPv4/UDP パケットをイーサネット上に
表 1 NST サーバの諸元
Table 1 Specification of NST server.
(c) An overview of a NST server
図 1 ネットワーク時空情報 (NST) サーバ
Fig. 1 Network space-time (NST) server.
1396
Item
GPS receiver module
FPGA
PHY
Packet Tx timing
outbound latency
Positioning accuracy
Packet format
Tracking sensitivity
Setting
size
Weight
Sound noise
Power supply
Spec.
SONY GXB5005
Xilinx Spartan-3
Intel LXT972A, 100Base-TX
every second (jitter 17 ns r.m.s)
320 ns (TYP)
2 m (ANT.)
IPv4/UDP
−152 dBm
none
13 cm × 10 cm × 4 cm
333 g (incl. case weight 216 g)
none (fan-less)
PoE or AC adapter
（注 3）：例えば，本サーバで使用している SONY GXB5005 など．
論文／ネットワーク時空情報サーバと動的ユーザランド時刻クライアントの開発
ブロードキャストする．さて，ネットワーク遅延はパ
ケット長に依存するが，時空情報パケットの長さは，
NTP パケットに等しい長さに設計してあるため，ネッ
トワーク遅延を補償する際に，NTP を利用すること
も可能である（ネットワーク遅延の補償については，
3.1 参照）．したがって，時刻情報を配信するだけでも，
UDP ペイロードを 48 バイトとする必要があり，空間
情報を同時に載せても，新たなトラヒックは発生して
いないと考えることができる．なお，時空情報パケット
のトラヒック量は毎秒 1 パケット（608 bit/s，IP ヘッ
(a) Time series
ダ含む）であり，回線に占める割合は，FastEthernet
(100 Mbit/s) でわずかに 0.0007%（IFG 及び FEC 含
む）である．なお，各フィールドは以下のとおりである．
Magic
:
時空情報パケットを識別するためのビットパターン
(6A88h)
Ver : パケットフォーマットバージョン（現在は 2）
GPS mode :
GPS 測位モード（1: 非測位，2: 2D 測位，3: 3D
測位）
(b) Histogram
図 2 GPS 受信モジュールの 1 pls/s タイミング精度
Fig. 2 1 pls/s timing accuracy of GPS receiver.
LeapSec : 累積うるう秒 (TAI-UTC)
UNIX Time (TAI) :
1970/01/01 を起点とする積算秒数で，うるう秒も
カウントアップする
outbound latency :
1 pls/s の立上りから，パケット先頭がネットワーク
インタフェースから送出されるまでに要する時間
Latitude
: 緯度
Longitude : 経度
Altitude : 海抜高度
Track : 進行方向
Speed : 速度
4. 時空クライアント
4. 1 動作原理
時空クライアントは特殊なハードウェアを用いず
に，一般的なパーソナルコンピュータ上にソフトウェ
アで実装した．クライアントは，時空デーモン NSTd
図 3 時空情報パケットフォーマット
Fig. 3 The packet format of a space-time
information packet.
と，アプリケーションとのインタフェースである API
(Application Programming Interface) からなる．ク
ライアントの構成を図 4 に示す．
NSTd では，時空情報パケットから時刻情報 (T ) と
空間情報 (P ) を取り込むとともに，受信時の割込み
1397
電子情報通信学会論文誌 2007/6 Vol. J90–D No. 6
Fig. 5
図 5 同期精度計測ブロック図
A block diagram for synchronization accuracy
measurement.
Table 2
表 2 同期精度の比較に用いたシステム
Systems to evaluate synchronized accuracy.
System
NST
NTP
IEEE 1588
図 4 クライアント処理のブロック図
Fig. 4 Block diagram of client process.
いて，PCC と時刻を変換するために必要なパラメー
タ（R: 周波数，O: オフセット）を時空情報パケッ
ト受信ごとに算出する．なお，アンテナ位置からクラ
イアントまでの遅延時間とクライアント内部の時間
(s incoming + s interaction) は事前知識 Dt として
補償している [5]．また，サブマイクロ秒ほどの精度を
Client
NSTd
ntpd
PTPd
Time Func.
nst gettai()
gettimeofday()
gettimeofday()
表 3 測定に用いた PC の諸元
Table 3 Specification of the PC.
ハンドラでの PCC の値 (CI ) を/proc ファイルシス
テムを介して取得し，PAI 同期アルゴリズムに基づ
Time Server
NST server
HW SNTP srv.
Ontime T200
Item
Mother board
CPU
Network controller
Digital IO Board
OS
Spec.
Supermicro P4DPR-iG2
Intel Xeon 2.4 GHz
ADMtek AN983(B) drv tulip-0.9.14
Interface PCI-2703
linux 2.4.32
いる．
求めない場合には，NTP と同様の往復遅延から推定
NST サーバが設置されている LAN では，時空情報
することも将来的には可能である．今回開発した NST
が 1 秒間隔でブロードキャストされているため，セン
サーバでは，時刻同期に関して GPS 時刻源での PAI
サネットのノードのように，省電力を図るために必要
方式の性能を実証するために，NTP サーバ機能を実
なときのみ電源の入るようなクライアントでも，起動
装してはいないが，既に，NTP サーバ機能の FPGA
から 1 秒以内に時空情報を得ることができる．しかも，
による実装は済んでおり [8]，NST サーバへの実装も
能動的にリクエストパケットを送出する必要がないた
容易である．一方，空間情報に関しては，本論文では，
め，省電力なクライアントにも適している．
粗粒度精度を対象としているため，NST サーバから提
4. 2 時刻精度評価
供される P をそのまま使うことが可能であるが，GPS
同期精度を評価するために，図 5 の構成で，クライ
アンテナ位置からの相対位置 Dp を事前知識として与
アントは時刻サーバに同期するとともに，毎秒パルス
えられれば，より正確な空間情報 p を算出することが
を発生させ，Cs 原子時計の毎秒パルスとのオフセッ
可能となる．
トをインターバルカウンタにより計測した．精度の評
API では，アプリケーションからのリクエストに応
じて PCC(C) を取得し，毎秒更新されている動的時
価には，表 2 に示すように，提案方式の他に，NTP
刻変換パラメータを共有メモリを介して取得し，現在
ウェア SNTP サーバ [8] を用い，IEEE 1588 サーバ
時刻 t と空間情報 p を返す．なお，t は次式に従って
と IEEE 1588 を準備した．NTP サーバには，ハード
には OnTime 社 T200（注 4）を使用した．ntpd のバー
ジョンは 4.2.0，PTPd [9] のバージョンは 1b4 を用い
与えられる．
た．また，クライアント用 PC の諸元を表 3 に示す．
t = RC + O
(1)
API には，現在時刻を取得する nst gettai() と空間
情報を取得する nst getlocation() の二つを用意して
1398
ntpd では，ポーリング間隔を最小の 16 秒とし，T200
の同期パケットの送出間隔は 1 秒としている．
（注 4）：http://www.ontimenet.com/
論文／ネットワーク時空情報サーバと動的ユーザランド時刻クライアントの開発
(a) Time series
(a) Time series
(b) Histogram
(b) Histogram
図 6 NSTd 同期精度
Fig. 6 Synchronization error of NSTd.
図 7 NTP 同期精度
Fig. 7 Synchronization error of NTP.
クライアントでの毎秒パルスの発生は時刻取得関
界を示していると考えられる．時刻取得の所要時間は，
数，つまり，提案方式では nst gettai()，NTP と IEEE
gettimeofday() が，CPU クロックで 2100 clock 必要
1588 は gettimeofday()，をループ内で繰り返して呼
であるのに対し，nst gettai() では 140 clock しか要
出し，秒の小数部が所定の値を超えたら，速やかに
しない．一方，提案方式（図 6）ではドリフトもジッ
ループから抜け出し，ディジタル出力ポート（イン
タも小さく，標準偏差は 76 ns である．更に，図 6 (a)
ターフェース社 PCI-2703 ディジタル IO ボード（注 5））
より，時刻源である GPS モジュールで生じる 1 pls/s
にパルスを発生させる．したがって，毎秒パルスには，
信号のドリフトを含む時間変動の影響はわずかであり，
クライアントの時刻オフセットと時刻取得関数の呼出
サブマイクロ秒の精度が実現されていることが確認さ
しに必要な時間を解像度とする誤差を含むことになる．
れた．
計測結果を図 6（提案方式），図 7 (NTP)，図 8
次に同期に要する初期時間を計測した結果を図 9 に
(IEEE 1588) に示す．ただし，図 6 (a) では，時空情
示す．収束するまでに，ntpd は約 1 時間，PTPd は
報パケットの時刻精度である GPS 受信モジュールの
約 1000 秒必要とするのに対し，提案方式は同期開始
1 pls/s 信号の時間変動（図 2）も併せて表示している．
なお，計測データは，同期開始後 6 時間以上経過し，
十分収束した状態で取得した．各図の (a) はオフセッ
後 3 秒でマイクロ秒以下に収束している．
ク）も存在するイーサネットでの使用を想定している．
トの時間変動であり，(b) はオフセットのヒストグラ
ネットワークスイッチ（スイッチングハブを含む）で
ムである．図 7 (a) 及び図 8 (a) ではオフセットのドリ
の，キューイング遅延については，既に検討している
さて，本システムは他の一般通信（クロストラヒッ
フトが観測された．また，ドリフト以外の帯状に広が
る細かなジッタは gettimeofday() による解像度の限
（注 5）：http://www.interface.co.jp/
1399
電子情報通信学会論文誌 2007/6 Vol. J90–D No. 6
が可能である．更に，毎正秒に送出される時空情報パ
ケット中のタイムスタンプは 1 秒ずつカウントアップ
することが分かっているため，コリージョンによるパ
ケットロスも検出が容易であり，一部のパケットが到
着しなくとも，PAI 方式で用いている到着間隔のメジ
アンは影響を受けにくい．したがって，PAI 方式はコ
リージョンにも強い方式と考えられる．
4. 3 粗粒度空間情報
NST サーバから提供される空間情報は，接続して
いる GPS アンテナの位置であり，建物を識別する精
(a) Time series
度と考えることができる．さて，このような数十メー
トル以上の精度は「粗粒度 (Coarse-grained)」と呼ば
れ，位置情報サービスで活発に利用されている．粗粒
度空間情報をネットワークで毎正秒にブロードキャス
トすることにより，以下のような利点がある．
•
•
•
高精度
省電力
広域ネットワーク対応
まず，精度に関して，市街地で，個々の携帯端末が
直接 GPS を利用した場合，GPS 衛星からの電波が建
物によって反射され（マルチパス），数百メートルの誤
(b) Histogram
差が生じる場合があるが，屋上などの上空の見通しの
図 8 IEEE 1588 同期精度
Fig. 8 Synchronization error of IEEE 1588.
良い場所に設置されたアンテナを利用し，ネットワー
クで配信すれば，位置精度が向上する．
次に，GPS 信号から位置を検出するには，受信開
始後，数分程度の時間を有するため，センサノードな
どの，短時間だけ起動する省電力型機器では，電力消
費量や，空間情報を得るまでに時間がかかるなどの
問題が生じていた．また，ネットワーク上で粗粒度空
間情報を得る手段として，これまで，DHCP の位置
情報サーバオプションを用いる方式が提案されている
が [6]，送受信が必要であり，送信は受信よりも多くの
消費電力を必要とするため，消費電力に厳しいシステ
ムでは，送信を避ける必要がある．空間情報が毎正秒
にブロードキャストされていれば，クライアントは 1
図9 収束速度
Fig. 9 Speed of convergence.
秒間のみの受信で位置情報を得ることが可能である．
このように配信頻度の高い時空情報配信は，特に，ほ
とんどの時間スリープ状態にあり，短時間だけ電源が
が [5]，PAI 方式は，毎正秒に送出されるパケットの到
着間隔の平均がキューイングの影響を受けにくいこと
オンとなる省電力型の機器に適している．
一方，近年利用が拡大している広域イーサネットや
が示されている．また，イーサネットではコリージョ
VPN によって，ネットワークが地域的に広がってき
ンも発生するが，コリージョンによる再送遅延は，上
ており，このような広域にわたるネットワークで，各
限のある非負のランダムな値 (“backoﬀ” [10]) である
地域の位置情報がブロードキャストされた場合，最寄
ため，数学的にはキューイング遅延と同様に扱うこと
りの位置情報を特定することは困難である．例えば，
1400
論文／ネットワーク時空情報サーバと動的ユーザランド時刻クライアントの開発
ところで，ネットワーク遅延には，ケーブルによる
伝搬遅延だけではなく，ネットワークスイッチなどの
機器通過遅延も含まれる．多くのネットワーク接続機
器が採用しているストアアンドフォワード方式では
通過遅延はパケットサイズに依存するが，時空情報パ
ケットのような短パケットでも 1.5 マイクロ秒ほどの
通過遅延を生じ，1.5 マイクロ秒の遅延時間は，およ
図 10 広域ネットワークでの時空情報ブロードキャスト
Fig. 10 Space-time information broadcasting in
WAN.
そ 300 メートル長のケーブル（メタル及び光ファイ
バ）の伝搬遅延に相当する [5]．したがって，建物外か
らの時空情報パケットとの先着順序逆転を防ぐために，
建物の内と外のネットワークを接続する装置と NST
サーバの間のネットワークスイッチの段数は少ないこ
とが望ましい．
5. むすび
ネットワーク時空情報サーバと動的ユーザランド時
刻クライアントを開発した．NST サーバは GPS を利
図 11 先頭パケットによる最寄りサーバの選択
Fig. 11 Nearest server selection with the lead.
用した簡易な構成でサブマイクロ秒精度の時刻情報と
粗粒度精度の空間情報を提供する．また，動的ユーザ
ランド時刻取得クライアントは，変動する周波数源の
図 10 に示すように，本社（地域 A）と支社（地域 B）
パラメータを動的に更新するとともに，システムコー
を同一ネットワークセグメント（サブネット）で結び，
ルよりも 1 けた以上高速かつ高解像度である．提案方
両地域に設置された NST サーバから時空情報パケッ
式は，時空情報パケットが毎秒ネットワークに供給さ
ト（ST(A) 及び ST(B)）がブロードキャストされた
れ，同期所要時間も数秒以内であるため，省電力のた
場合，クライアントは両地域の時空情報を受信する．
めに必要なときだけ稼動するユビキタスノードには最
単独の時空情報パケットだけでは，最寄りの時空情報
適と考えられる．しかも，空間情報と時間情報が統合
を特定することはできない．
することにより，広域ネットワークでも最寄り位置情
さて，時空情報パケットは，毎正秒に全 NST サーバ
報を特定することが可能である．
から同時に送出され，それぞれ，ネットワーク遅延を
今後は，屋内の測位システムと組み合わせることに
受けて，クライアントに到着する．ネットワーク遅延
より，高精度な空間情報を提供するシステムを開発す
はケーブルの長さに比例する伝搬遅延成分を含むため，
る予定である．例えば，コストが小さく精度の高い方
近いほどネットワーク遅延が小さい場合が多い．した
式として知られている超音波測位システム [11] では，
がって，最寄りのサーバから送出されたパケットが最
センサ間の同期が必要であるが，本システムを用いれ
も早く到着する可能性が最も高い．そこで，図 11 に
ば高精度な同期が可能であるため，Active Bat [12] で
示すように，複数の時空情報パケットが到着した場合，
使われているような電波によるトリガが不要となり，
最も早く到着したパケットの空間情報を，最寄りの
システム構成を簡略化できると考えられる．
NST サーバの位置とする．なお，図 11 で，上向き矢
印は時空情報パケットの到着時刻を表し，実線 (STi )
は時刻 i に送出されたパケット群，破線 (STi+1 ) は時
刻 i + 1 に送出されたパケット群を表す．また，遠方
文
[1]
から遅れて到達したパケットが，次の正秒のパケット
[2]
分かるため，誤ることはない．
M. Hazas, J. Scott, and J. Krumm, “Location-aware
computing comes of age,” IEEE Computer Magazine,
vol.37, no.2, pp.95–97, 2004.
J. Weatherall and A. Jones, “Ubiquitous networks
and their applications,” IEEE Wireless Communica-
群を先行する形になることも考えられるが，パケット
内の時刻情報を見れば，前の正秒に送出されたことが
献
tions, vol.9, no.1, pp.18–29, 2002.
[3]
“IEEE1588:
IEEE standard for a precision clock
synchronization protocol for networked measurement
1401
電子情報通信学会論文誌 2007/6 Vol. J90–D No. 6
and control systems,” 2002.
[4]
町澤朗彦，北口善明，“割込みハンドラと高精度 PC によ
るソフトウェアタイムスタンプの精度改善，
” 信学論（B），
vol.J87-B, no.10, pp.1678–1685, Oct. 2004.
[5]
町澤朗彦，岩間司，鳥山裕史，“毎正秒パケット到着間隔
(PAI) に基づいた時刻同期方式，
” 信学論（B）
，vol.J89-B,
no.10, pp.1855–1866, Oct. 2006.
[6]
J. Polk, J. Schnizlein, and M. Linsner, “Dynamic host
configuration protocol option for coordinate-based location configuration information,” RFC 3825, IETF,
[7]
2004.
総務省情報通信審議会情報通信技術分科会，“IP ネット
[8]
ワークにおける緊急通報等重要通信の確保方策，
” 2005.
鳥山裕史，町澤朗彦，岩間司，“ハードウェア SNTP
サーバの開発，
” 信学論（B）
，vol.J89-B, no.10, pp.1867–
1873, Oct. 2006.
[9]
K. Correll, N. Barendt, and M. Branicky, “Design
considerations for software-only implementations of
the IEEE 1588 precision time protocol,” Proc. 2005
IEEE 1588 Conference, Zurich, 2005.
[10]
“IEEE Std 802.3-2005 part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications,” 2005.
[11]
J. Hightower and G. Borriello, “Location systems for
ubiquitous computing,” IEEE Computer Magazine,
vol.34, no.8, pp.57–66, 2001.
[12]
A. Harter, A. Hopper, P. Steggles, A. Ward, and P.
Webster, “The anatomy of a context-aware application,” Proc. Mobicom ’99, pp.59–68, 1999.
（平成 18 年 9 月 26 日受付，12 月 22 日再受付）
町澤
朗彦（正員）
昭 59 上智大・理工・電気電子卒．同年郵
政省電波研究所（現情報通信研究機構）入
所．平 6 科学技術庁に出向し，IMnet 立
上げに参与．平 8∼11 Univ. Canterbury
客員研究員．平 15 JGN2 立上げに参与．
画像の高能率符号化，視覚情報処理，計算
機ネットワーク，時刻同期の研究に従事．
岩間
司（正員）
昭 58 山梨大・工・電子卒．昭 60 東工大
大学院修士課程了．同年郵政省電波研究所
（現情報通信研究機構）入所．以来，電波
伝搬特性解析，移動通信のセル構成，標準
時，時刻認証基盤技術の研究に従事．現在，
電磁波計測部門タイムアプリケーショング
ループ主任研究員．平 2 本会篠原記念学術奨励賞受賞．IEEE
会員
1402
鳥山
裕史（正員）
昭 56 名工大・情報卒．昭 58 名大大学
院情報工学専攻博士課程前期課程了．同年
郵政省電波研究所（現情報通信研究機構）
入所．平 2∼5 ATR 通信システム研究所．
平 5∼6 ドイツテレコム研究所客員研究員．
画像符号化，情報通信などの研究に従事．

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